En un reciente trabajo, investigadores del Observatorio Astronómico de Córdoba muestran que los grandes vacíos del Universo están lejos de ser objetos estáticos como se pensaba

La estructura en gran escala del universo

El mapa del Universo, tal como se revela a partir del relevamiento sistemático de galaxias en nuestra vecindad cósmica, forma una compleja estructura en donde se pueden distinguir regiones de distinta naturaleza, formas y tamaños.  Esta estructura ofrece un marco teórico para estudiar la formación y evolución de galaxias y los procesos astrofísicos involucrados.  Además,  mediante estudios estadísticos de algunos elementos sobresalientes de esta estructura, es posible aprender sobre la formación y evolución del universo, refinar teorías cosmológicas, analizar la naturaleza de los componentes del universo e inferir el destino de la distribución de materia en el futuro muy distante.

Los cúmulos de galaxias concentran gran parte de la masa y trazan las marcas luminosas más visibles, que se manifiestan como una estructura filamentaria.  Sin embargo, la mayor parte del volumen del universo son regiones de baja densidad de galaxias.  En éstas se dan condiciones muy diferentes a otras que se encuentran en las regiones más densas, donde la evolución de las galaxias está más vinculada a interacciones y a altas concentraciones de gas procesado por las estrellas de las galaxias que colisionan, se desarman o se fusionan.

Vacíos cósmicos

Existen regiones de baja densidad que son particularmente especiales, porque su densidad es extraordinariamente baja.  Mientras que los cúmulos de galaxias tienen densidades de hasta cientos de veces la densidad promedio, en dichas regiones la densidad es de apenas una pequeña fracción de la misma.  Debido a esto, la evolución de la estructura circundante, que en otros lugares esta acelerada por la gravedad, está prácticamente congelada.  Estas regiones de densidad muy baja, se denominan vacíos cósmicos.

Típicamente, estas regiones presentan una simetría esférica, y es debido a que las estructuras parecen formarse alrededor de las mismas, que se han considerado como entidades estáticas.  Sin embargo, recientemente investigadores del OAC calcularon las velocidades de la materia en cáscaras alrededor de vacíos cósmicos, y encontraron que las mismas no son nulas, sino que por el contrario presentan velocidades comparables a las de otras estructuras como los cúmulos de galaxias. Sorprendentemente, las regiones centrales de los vacíos cósmicos también se mueven solidariamente a sus cáscaras.  Este resultado surgió cuando investigaban la dinámica de los vacíos cósmicos, que se encuentran en expansión.  Los vacíos presentan un efecto opuesto al de la gravedad:  mientras que los cúmulos de galaxias concentran materia, que genera mayor atracción gravitacional y a la vez atrae a todavía más materia, los vacíos parecen repeler la materia de sus centros.  Estos vacíos son muy grandes, con diámetros de casi una decena de millones de años luz, y en su interior albergan estructuras con propiedades muy parecidas a las estructuras del universo más temprano. Un equipo de investigadores del OAC pudo comprobar por primera vez usando observaciones que hay vacíos que continuarán expandiéndose en el futuro mientras otros colapsarán. Estos últimos están rodeados por cáscaras densas de materia,  en estos casos, las cáscaras se contraen cayendo al vacío y eventualmente aplastándolo para unirse a otras estructuras sobredensas mayores.

Aunque el movimiento de desplazamiento de los vacíos es mucho menos perceptible que el movimiento de expansión o de contracción de las cáscaras, contribuye críticamente a dar forma a la estructura en gran escala, rechazando a la materia de los vacíos para acumularla en las red de filamentos.  El hecho de que los vacíos se mueven como un todo, tiene importantes implicaciones en la aplicación de pruebas cosmológicas de los modelos de universo actualmente en consideración.

 El universo burbujeante

El movimiento de los voids ( vacíos cósmicos) presenta un nuevo marco para estudiar la estructura en gran escala de la distribución y la dinámica de la materia.  Al ser considerado junto con el movimiento de otras estructuras densas, este escenario considera al movimiento como consecuencia inherente e ineludible de la heterogeneidad de la distribución espacial de materia. Estos movimientos ocurren de manera independiente a la expansión del universo, y son una manifestación de la competencia entre la gravedad, que busca atraer  a la materia, y la expansión, que busca separarla.  Esta puja entre dos efectos opuestos, junto con las fluctuaciones de densidad que provienen del universo primitivo, dan origen a la estructura que observamos hoy.

Del estudio recientemente publicado, se desprende además que los movimientos de los voids no son de ninguna manera aleatorios, sino que por el contrario son ordenados.  Este orden, sin embargo, surge sólo cuando se separan los dos tipos de vacíos usando un método que había sido publicado previamente.  Mientras que los voids rodeados por estructuras tienden a acercarse, los voids que se encuentran en entornos subdensos son más propensos a alejarse entre sí.  Esta dicotomía en la dinámica de las grandes estructuras es una manifestación de la compleja relación entre los diferentes elementos que forman parte de la red cósmica de materia.  Desde el punto de vista del movimiento de los vacíos, el universo aparece entonces como una red burbujeante de esferas subdensas que se expanden y se mueven en una especie de danza con filamentos, los cuales a su vez se comprimen para apretar grandes estructuras que formaran, con el paso del tiempo, grandes islas de materia separadas por un inconmensurable vacío.

El trabajo fue realizado por  un equipo de investigadores del Observatorio Astronómico de Córdoba liderados por el director de la institución Diego Gracía Lambas e integrado por  Marcelo Lares, Laura Ceccarelli, Andrés Nicolás Ruiz, Dante Javier Paz, Victoria Maldonado y Heliana Luparello,. La versión final, que será publicada por la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, puede leerse Aquí.
Además, este trabajo fue  publicado en el portal de noticias de la revista Nature News donde se explican y analizan estos resultados. La nota puede leerse Aquí